鋰電池最終發(fā)展方向是什么？

當前市場上的鋰電池：聚合物鋰電池由高分子材料和金屬材料合成，具備小型化、輕量化、厚度超薄，高容量的特點，在智能穿戴設備應用上非常受歡迎，但是鋰電池最終發(fā)展的形態(tài)方向是什么呢？

固態(tài)聚合物鋰離子電池

優(yōu)點：漏液的可能性比較小，外包裝可以用laminate軟包材質，有利于實現(xiàn)電池的薄膜化，電池的形狀設計方面自由度大，能量密度也大大提高。

缺點：由于使用凝膠狀電解液，鋰離子傳導性能比較差，需要較長時間的充電，倍率性上比液體電解液也要差一些。但目前技術，經過聚合過程的改善，高端電解液和添加劑使得循環(huán)壽命和放電的倍率性提高的很快，跟液體電池沒有太多差異。

聚合物鋰電池之后的技術發(fā)展會向全固體電池、固體電解質材料與添加劑發(fā)展。目前聚合物電池性能上還沒達到固體電池的水平，固體電池能量密度未來的目標：400Wh/kg，3000次循環(huán)壽命（10年），倍率性能、容量與安全性有大幅度提高。

新電池材料探索在于不容易揮發(fā)，阻燃性的下一代電解質材料及添加劑離子電解液提高電化學性、熱穩(wěn)定性，添加劑使得電池散熱性能及導電性能不受固體影響，達到或超過液體電解質的導電導熱水平。

為了向固體鋰離子電池進軍，目前業(yè)內正在開發(fā)采用離子傳導性聚合物和陶瓷的固體高分子電解質。

但是，固體高分子電解質材料采用目前離子傳導率最高的聚乙烯類（Polyethylene oxide聚環(huán)氧乙烷）聚合物的話，陰離子的離子傳導會阻礙鋰離子的移動，所以導致影響輸出功率的實效性，鋰離子傳導率的數(shù)值較低。

日本科學家開發(fā)成功的固體高分子電解質是一種聚乙二醇（Polyethylene glycoD酸脂化合物，形成了以不阻礙聚乙烯類聚合物運動的硼酸脂化合物的形式導入具有固定陰離子功能的硼原子的構造。與此前一直研究的碳酸類聚合物相比，可在室溫（20℃）條件下達到3倍以上的實效性鋰離子傳導率。

采用固態(tài)電解質的大容量新一代鋰電池，即所謂“全固態(tài)電池”近來開始受到矚目。這是由于其在能量密度提高的同時，還可望確保安全性和實現(xiàn)長壽命。對電動車和定制式用大型鋰離子充電電池而言，保證安全是最重要的。

采用有機電解液的傳統(tǒng)鋰離子充電電池，因有過度充電、內部短路等異常時可能導致電解液發(fā)熱，有自燃或甚至爆炸的危險。而將有機電解液代之以固態(tài)電解質的全固態(tài)電池，其安全性可大幅提高。并且，因在理想狀態(tài)下，固態(tài)時鋰的擴散速度（離子傳導率）較液體電解液時高，理論上認為其可實現(xiàn)更高的輸出。

并且，固態(tài)電池包括其制造方式在內，可能會實現(xiàn)突破現(xiàn)有電池概念的特性。例如，因不必封入液體，則電池外裝可以簡化，從而能以卷對卷（roll-to-roll）方式制造大面積單元。進一步，還可將數(shù)層電極層積，并在單元內串聯(lián)，制作12V或24V的大電壓單元等，使此前不可能的電池得以實現(xiàn)。

電動車和定制式蓄電用大型電池和超大型鋰電池，而非迄今為止的主流——便攜設備用的小型電池的需求激增，因此要求電池特性的改變，使得研發(fā)方向發(fā)生重大改變。特別是對電池的安全性與使用壽命，有比現(xiàn)有的鋰離子充電電池更加嚴格的要求。其中，安全性自不待言，固態(tài)電池有明顯優(yōu)勢；而在延長使用壽命方面，“固態(tài)電池的周期壽命特性原本就優(yōu)異”。

耐高電壓：除了比目前的鋰離子充電電池更安全與使用壽命更長，提高能量密度也是固態(tài)電池的一個開發(fā)主題。使固態(tài)電池具有可增加能量密度特征的理由之一是固體電解質電位窗（potential window*）的寬廣度。而現(xiàn)有傳統(tǒng)的有機電解液，當電池電壓接近4V時電解液就開始分解，因此很難提高電池的電壓上限。

電位窗（Potential window）：由溶劑和鹽組成的電解液不出現(xiàn)氧化還原反應的電壓范圍。取決于溶劑、鹽與電極材料。

目前，為提高容量，鋰離子充電電池的負極正準備變更為電流容能高的硅等材料。與負極相應的高容量正極材料雖同樣重要，但尚未發(fā)現(xiàn)有望支持更高電流容量的正極材料。因此，在正極材料方面，將利用電流容量不變，而以高電壓來增加能量密度的所謂·“5V”正極材料作為了目標。

但即使采用5V電壓型正極材料，傳統(tǒng)的有機電解液還是會分解，電池的電壓還是不能提高。而使用具有更寬廣電位窗的固態(tài)電解質，便可令5V正極成為可行的解答。

因固態(tài)電解質是固體，當電極材料與電解質間的界面發(fā)生反應時，其進一步反應難以進行，比有機電解液難分解，因而電位窗高。

并且，固態(tài)電解質對作為鋰聚合物充電電池而受到關注的硫化鋰（Li-S）*與鋰空氣（Li-air）*電池等的下一代電池的實現(xiàn)，似將發(fā)揮重要的作用。硫化鋰電池使用硫（S）類材料為正極，若使用有機電解液，硫會溶解于其中。如能利用固態(tài)電解質，則這個問題就不存在了。